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遺伝学とケミカルバイオロジーでデザインする節水適応型作物の分子育種戦略

研究課題

研究課題/領域番号 20J00594
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分39020:作物生産科学関連
研究機関東京大学

研究代表者

迫田 和馬  東京大学, 農学系研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード光合成 / 作物 / ケミカルバイオロジー / 水利用効率
研究開始時の研究の概要

高CO2化に伴う地球温暖化や気候変動により、水資源が農業生産を制限する地域の拡大が懸念され、節水型農業の重要性が高まっている。本研究では光合成と水利用効率の可視化装置を活用し、ダイズ変異体リソースと化合物ライブラリーを対象とした大規模スクリーニングを行う。これにより、高い光合成能力と水利用効率を両立する遺伝的機構を網羅的に解明し、節水条件で優れた生産性を示すダイズ品種の育成に向けた分子育種戦略のデザインを目指す。

研究実績の概要

本研究では光合成の可視化装置を活用しダイズ変異体リソースと化合物ライブラリーを対象とした大規模スクリーニングを行う。これにより、高い光合成能力と水利用効率を両立する遺伝的機構を網羅的に解明し、節水条件で優れた生産性を示すダイズ品種の育成に向けた分子育種戦略のデザインを目指す。
前年度には96穴プレートを用いた独自のシロイヌナズナ土耕栽培システムを確立し、1万種以上の低分子化合物を対象としたスクリーニングによって光合成活性を高める作用を示す新規化合物の同定に成功した。本年度は、同定した化合物と構造が類似した類縁化合物の光合成への効果を検証し、光合成に作用を示す基本骨格を明らかにした。さらに、同定化合物はシロイヌナズナおよびレタスの光合成活性を高めるだけでなく、バイオマスを有意に増加させる効果を示すことを明らかにした。次いで、同定化合物とその類縁体の1種を処理したシロイヌナズナ個体を対象にRNA-seq解析を行った。これら2つの化合物の処理により共通して有意に発現量が増加する1つの遺伝子、低下する2つの遺伝子が同定され、これら遺伝子が化合物の作用機構に関与すると考えられた。特筆すべきことに、同定化合物はシロイヌナズナの乾燥耐性を飛躍的に高めることが明らかとなった。すなわち、本研究により同定された化合物は、植物の生産性および耐乾性を高める作用を有することが実証された。将来的に本化合物を活用して実用可能な薬剤を開発することで、節水条件における作物生産性の向上に資するものと期待される。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Towards improved dynamic photosynthesis in C3 crops by utilising natural genetic variation2022

    • 著者名/発表者名
      Sakoda Kazuma、Adachi Shunsuke、Yamori Wataru、Tanaka Yu
    • 雑誌名

      Journal of Experimental Botany

      巻: not determined 号: 10 ページ: 3109-3121

    • DOI

      10.1093/jxb/erac100

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flavodiiron proteins enhance the rate of CO2 assimilation in Arabidopsis under fluctuating light intensity2022

    • 著者名/発表者名
      Basso Leonardo、Sakoda Kazuma、Kobayashi Ryouhei、Yamori Wataru、Shikanai Toshiharu
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: - 号: 1 ページ: 375-387

    • DOI

      10.1093/plphys/kiac064

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Drought stress reduces crop carbon gain due to delayed photosynthetic induction under fluctuating light conditions2022

    • 著者名/発表者名
      Sakoda Kazuma、Taniyoshi Kazuki、Yamori Wataru、Tanaka Yu
    • 雑誌名

      Physiologia Plantarum

      巻: 174 号: 1 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1111/ppl.13603

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] MIC-100, a new system for high-throughput phenotyping of instantaneous leaf photosynthetic rate in the field2021

    • 著者名/発表者名
      Yu Tanaka, Kazuki Taniyoshi, Ayumu Imamura, Ryo Mukai, Shun Sukemura, Kazuma Sakoda, Shunsuke Adachi
    • 雑誌名

      Functional Plant Biology

      巻: 49 号: 6 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1071/fp21029

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stomatal, mesophyll conductance and biochemical limitations to photosynthesis during induction2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Sakoda, Wataru Yamori, Michael Groszman and John Evans
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 185 号: 1 ページ: 146-160

    • DOI

      10.1093/plphys/kiaa011

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of Introduction of Sorghum RbcS with Rice RbcS Knockdown by RNAi on Photosynthetic Activity and Dry Weight in Rice.2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Sakoda , Akito Yamamoto , Chie Ishikawa , Yojiro Taniguchi , Hiroyoshi Matsumura & Hiroshi Fukayama
    • 雑誌名

      Plant Production Science

      巻: in press 号: 3 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1080/1343943x.2020.1847669

    • NAID

      120007125729

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Overexpression of both Rubisco and Rubisco activase rescues rice photosynthesis and biomass under heat stress2021

    • 著者名/発表者名
      Qu Yuchen、Sakoda Kazuma、Fukayama Hiroshi、Kondo Eri、Suzuki Yuji、Makino Amane、Terashima Ichiro、Yamori Wataru
    • 雑誌名

      Plant, Cell & Environment

      巻: 44 号: 7 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1111/pce.14051

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Physiological analysis of leaf photosynthesis of backcross-derived progenies from soybean (Glycine max (L.) Merrill) and G. tomentella Hayata2021

    • 著者名/発表者名
      Mohammad Jan Shamim, Yu Tanaka, Kazuma Sakoda, Tatsuhiko Shiraiwa and Randall L Nelson
    • 雑誌名

      Plant Production Science

      巻: 24 号: 1 ページ: 109-117

    • DOI

      10.1080/1343943x.2020.1807369

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Minimizing VPD Fluctuations Maintains Higher Stomatal Conductance and Photosynthesis, Resulting in Improvement of Plant Growth in Lettuce2021

    • 著者名/発表者名
      Inoue Takayasu、Sunaga Motoo、Ito Mutsuhiro、Yuchen Qu、Matsushima Yoriko、Sakoda Kazuma、Yamori Wataru
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 12 ページ: 646144-646144

    • DOI

      10.3389/fpls.2021.646144

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Higher Stomatal Density Improves Photosynthetic Induction and Biomass Production in Arabidopsis Under Fluctuating Light2020

    • 著者名/発表者名
      Sakoda Kazuma、Yamori Wataru、Shimada Tomoo、Sugano Shigeo S.、Hara-Nishimura Ikuko、Tanaka Yu
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 11 ページ: 1609-1609

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.589603

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 葉肉コンダクタンスは光合成誘導を律速するか?2021

    • 著者名/発表者名
      迫田和馬・矢守航・Michael Groszmann・John R. Evans
    • 学会等名
      日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 乾燥ストレスは変動光環境における作物の光合成に可逆的ダメージを与える2021

    • 著者名/発表者名
      迫田和馬・谷吉和貴・矢守航・田中佑
    • 学会等名
      日本作物学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] イネ多収品種”タカナリ”はオゾンストレスに弱い?2020

    • 著者名/発表者名
      迫田和馬・矢守航・大政謙次・青野光子
    • 学会等名
      日本作物学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] Handbook of Plant and Crop Physiology2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Sakoda, Yu Tanaka and Wataru Yamori
    • 出版者
      CRC Press
    • ISBN
      9780367554545
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 世界初、変動する光に対する植物葉内のCO2輸送の挙動を捉えた!

    • URL

      https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/topics_20201130-1.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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